Как таракан переворачивается со спины на ноги

Вернуться на ноги после переворота — отдельная двигательная задача. Таракану нужно изменить положение тела относительно поверхности. Исследования показывают разные способы этой работы и помогают объяснить, почему повторные попытки бывают полезны.

Разные виды используют разные движения

В исследовании две тысячи девятнадцатого года сравнили мадагаскарского шипящего, американского и дисковидного тараканов. Их проверяли на ровной, твёрдой поверхности с небольшим трением. При достаточном времени почти все переворачивались, но не каждая первая попытка заканчивалась успехом.

Мадагаскарский шипящий таракан не имеет крыльев. В опытах он преимущественно перекатывался, изменяя форму тела, и переворачивался медленнее двух других видов. Американский таракан чаще использовал усилия ног, чтобы повернуться набок. Дисковидный применял как крылья, так и ноги, сочетая разные вращения тела.

Для объяснения авторы учитывали положение центра массы — условной точки, описывающей тело целиком. Во время переворота её приходится поднимать. Это требует энергии; направление вращения влияет на необходимый подъём.

Удачные попытки сопровождались более выраженным поворотом набок, когда центр массы достигал самого высокого положения. Такой путь уменьшал препятствие для дальнейшего переворота. Результат относится к проверенной поверхности и видам: он не обещает одинакового времени на любой подстилке и не означает одного обязательного движения всех тараканов.

Крылья и ноги могут помогать совместно

Работа две тысячи двадцать первого года подробнее изучала дисковидного таракана. Он мог упираться раскрываемыми крыльями в землю, приподнимая тело, но полный переворот через голову получался редко. Во время попыток насекомое энергично двигало ногами, а успешное возвращение нередко происходило через бок.

Исследователи проверили участие ног, добавляя массу, увеличивающую энергию их движений. Вероятность успешного переворота возросла. Затем они создали робота, воспроизводящего сходную трудную задачу, и использовали его для более систематических испытаний.

У робота успех становился вероятнее при большем раскрытии крыльев и размахе движения ноги. Механическая модель помогла объяснить совместную работу: раскрытые крылья уменьшали требуемый подъём при перекатывании набок, а движение ноги давало дополнительную энергию для этого пути.

Поэтому действие крыльев не обязательно должно само завершить весь переворот. Оно может изменить положение так, что сравнительно небольшое возмущение от ноги становится полезным. Это объяснение опирается на взаимодействие тела, придатков и поверхности.

При этом результат робота не превращает все его настройки в измерения живого насекомого. Наблюдения за тараканом, механическое вмешательство, испытания устройства и модель отвечают на связанные вопросы, но не заменяют друг друга.

Почему одинаковый ритм не всегда помогает

В работе две тысячи двадцатого года использовали компьютерную модель робота, вдохновлённую наблюдаемым переворотом тараканов с помощью крыльев и ног. Исследователи меняли случайные отклонения во времени между раскрытием крыльев и движением ноги.

Успех зависел от того, как совпадали эти действия. Если они повторялись строго периодически, система могла снова и снова попадать в несколько неудачных сочетаний. Повторение тогда сохраняло затруднение, хотя обе части продолжали двигаться.

Добавление случайных отклонений позволяло проверить больше сочетаний. В ограниченное время увеличивалась вероятность встретить положение, при котором робот успешно переворачивался. Поэтому некоторая изменчивость движения в такой задаче могла помогать, а не только мешать.

Речь не о том, что любые беспорядочные движения всегда лучше согласованных. Авторы проверяли конкретную модель, задачу и изменения времени. Робот заранее не знал подходящего сочетания; случайность помогала ему выйти из неудачно повторяющейся последовательности.

Этот результат объясняет возможную пользу вариаций при повторных попытках, но не доказывает, что таракан сознательно выбирает случайный ритм или рассчитывает лучший момент. Модель исследует механические последствия согласования частей, а не мысли насекомого. Для переноса количественных результатов на живых животных нужны отдельные проверки.

Что показывает изображение

На иллюстрации шипящий таракан стоит в обычном положении на древесине. Видны тёмная передняя часть, коричневое сегментированное брюшко, длинные усики и ноги. У изображённого насекомого нет крыльев. Портрет показывает внешний облик, а не последовательность переворота или измеренную энергию движения.